Vuelo virtual sobre un modelo de terreno aplicando metodología aplicada creada para la realidad virtual no inmersa

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ESCUELA DE CIENCIAS DE LA COMPUTACION

TEMA:

Vuelo virtual sobre un modelo de terreno aplicando

metodología creada para Realidad Virtual no Inmersiva.

Tesis de Grado previa a la obtención del título de Ingeniera en Informática.

AUTORA:

Margarita Ximena Macas Rojas

DIRECTOR DE TESIS:

Ing. Héctor Fernando Gómez A.

ASESOR:

Ing. Fernando Oñate.

LOJA-ECUADOR

CERTIFICACIÓN

Loja, octubre del 2005.

Ing. Héctor Fernando Gómez

DIRECTOR DE TESIS

C E R T 1 F 1 C A:

En calidad de director, he procedido a coordinar y orientar la elaboración de la tesis de grado:

"Vuelo Virtual sobre un modelo de terreno, aplicando metodología creada para realidad virtual no inmersiva", presentada por la Egda. Margarita Ximena Macas, de la escuela de Ciencias de la Computación.

El presente trabajo de tesis ha sido tema investigativo del cual se ha efectuado de un minuciosos análisis, revisión y corrección, cumpliendo de tal forma con los requisitos exigidos para este tipo de investigación. Por lo tanto, se autoriza su presentación, sustentación y defensa.

...

... 5... ...

Ing. Héctor Fernando Gómez A.

Yo, Margarita Ximena Macas Rojas, declaro y acepto la disposición del Art.67 del

Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja, que en su parte

pertinente textualmente dice: "Forman parte del patrimonio de la Universidad la

propiedad intelectual de las investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis

de grado que se realicen a través o con el apoyo financiero, académico o

institucional (operativo) de la Universidad."

4... Margarita Ximena Macas Rojas

AUTORÍA

Los conceptos, criterios y opiniones vertidos en el presente informe, son de absoluta responsabilidad de la autora.

Margarita Ximena Macas Rojas TESISTA

Mis sinceros agradecimientos al personal que trabaja en Sistemas de Información Geográfica, de la Universidad Técnica Particular de Loja, quienes me brindaron su apoyo y supieron compartir sus conocimientos.

Además al Director de Tesis, quien con su espíritu emprendedor y responsable hizo posible la culminación de la misma, y a todas las personas que de una u otra manera, han contribuido para la realización del presente trabajo.

De manera especial doy gracias a Dios, dueño de mi vida por permitir que se realicen mis metas planteadas.

LA AUTORA

DEDICATORIA

A mis queridos padres, con el más grande aprecio y cariño, que supieron brindarme todo el apoyo y ejemplo de responsabilidad en mis estudios, a ellos con inmenso amor, por su orientación y motivación para la culminación de este trabajo.

Para todos quienes tengan deseos de superación, por que la vida es una experiencia maravillosa que día a día nos enseña algo nuevo.

LA AUTORA

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CONTENIDO

INTRODUCCION... . ... . ... .. ... ... ... .... . ... ...2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA... ... . ... . ... 3

OBJETIVOS... ... . ... ... . ... 4

1. GENERALIDADES ... ... . ... ... 5

1.1 CONCEPTOS DE LA REALIDAD VIRTUAL... ...5

1.2 METODOS Y HERRAMIENTAS DE REALIDAD RTUAL. ...7

1.2.1. Visión Estereoscópica .... ... . ... ... 7

1.2.2. Aplicación de VRML 9 1.2.3. Herramientas de software para realidad virtual.. ... ... ....12

1.2.3.1 . .... Investigación de las Herramientas para imágenes y videos estéreos ... . ... ... 13

1.2.3.2. Herramientas de Software para creación de mundos Virtuales... . ... . ... . ... . ... . ... 18

2. DESARROLLO DE LA METODOLOGIA ... --- ... ...21

2.1. METODOLOIGA PARA IMÁGENES ESTEREOSCOPICAS. ... 22

2.2. MET000LOGIA PARA VIDEOS ESTEREOSCOPICOS ... ---- ... .. ... 27

2.3. METODOLOGIA PARA CREACION DE SOBREVUELOS... ... 32

3. EXPERIENCIAS EN EL DESARROLLO DE LA METODOLOGIA...38

4. CONCLUSIONES... ... . ... . ... .... ... ... . ... 41

S. RECOMENDACIONES.. ... .. ... ... . ... .... ... 44

Realidad V irtual 2

INTRODUCCIÓN

Las tecnologías de la Realidad Virtual (RV) parecen estar en pleno auge en todo el mundo, pero resulta difícil distinguir entre lo que ya se ha desarrollado y probado eficientemente y lo que pertenece sólo a las conjeturas de futuro. Este trabajo investigativo pretende dar una metodología de RV no inmersiva que se adapte a nuestras necesidades, dentro del extenso ámbito de las ciencias.

El presente documento está formado por las siguientes partes:

En la primera parte se realiza una investigación bibliografiíta de los métodos y herramientas de realidad virtual.

En la segunda parte se procede a la elaboración de una metodología propuesta para crear fotos y videos esté reos; y sobrevuelos sobre un determinado modelo de terreno, con lo cual se puede desarrollar aplicaciones de realidad virtual no inmersiva. La metodología creada, previo al análisis realizado a los métodos de realidad virtual; se construye en base a una secuencia de pasos o procesos para la aplicabilidad de esta tecnología, siendo éste uno de los objetivos propuesto dentro de esta investigación.

En la parte de validación de los ejemplos desarrollados, se detalla las pruebas realizadas así como también las experiencias obtenidas dentro del proceso investigativo.

Y por ultimo conclusiones y recomendaciones, las mismas que servirá de base para futuras investigaciones.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

. El desconocimiento de metodologías de realidad virtual ha

disminuido su utilización efectiva en el ámbito de las ciencias de la

tierra.

• Los elevados costos del software especifico de Realidad Virtual con su implementación, nos limita ha entrarnos dentro de la

aplicabilidad de esta tecnología. _lf•

Como alternativas de soluciones para la aplicabilidad de la realidad virtual

en nuestro medio se tiene:

1. Crear una metodología en base al análisis de los métodos y herramientas de Realidad Virtual.

2. Adquirir un laboratorio de Realidad Virtual con sus respectivos sistemas y equipo humano, para la creación de aplicaciones

mediante esta tecnología informática.

Tomando en cuenta las soluciones planteadas, se considera la primera

como la más adecuada y debido a que se esta iniciado a realizar aplicaciones de Realidad virtual, en nuestro medio.

Por lo cual este proyecto investigativo se centra en el desarrollo de la una metodología de Realidad Virtual no inmersiva acorde a nuestro medio, que

nos permita obtener aplicaciones dentro de las diferentes ramas de la

Realidad V irtual 4

OBJETIVOS

• Desarrollar una metodología que se acople dentro de nuestro medio

a la aplicación de realidad virtual no inmersiva.

• Realizar ejemplos como pruebas de la aplicabilidad de la

metodología propuesta.

• Utilizar la realidad virtual no inmersiva en los Sistemas de

Información geográfica, en el análisis de foto interpretación.

• Crear un vuelo virtual sobre un modelo de terreno aplicando la

metodología creada.

U- 1L

1. GENERALIDADES

1.1. CONCEPTO DE REALIDAD VIRTUAL.

La realidad Virtual es la recreación de mundos reales o imaginarios en ambientes

simLilados, mediante la utilización de medios electrónicos.

Un sistema de Realidad Virtual es un sistema interactivo que permite sintetizar un

mundo tridimensional ficticio creando en el usuario una ilusión de realidad. Para

conseguir visualizar este tipo de imágenes necesitaremos de unos dispositivos

adicionales. Estos pueden ser desde unas simples gafas de filtros de colores,

hasta un equipo más complejo del estilo de un HMD (Head Mounted Display).

Todos estos periféricos se basan en cómo percibe el cerebro humano la

sensación de profundidad, que es lo que diferencia una imagen estereoscópica

de una monoscópica.

El

(Sistema Visual Humano) capta la información visual del mundo a través

de los ojos. Por lo tanto, podemos decir que capta dos imágenes del mundo.

Estas dos imágenes son prácticamente iguales, sólo se diferencian en el hecho

que están captadas desde dos cámaras situadas en dos posiciones distintas.

Gracias a la información que obtenemos de esta diferencia entre las dos

imágenes, el

es capaz de reconstruir el mundo que tiene delante, en tres

dimensiones.

Por lo tanto, una aplicación que dé al usuario sensación total de profundidad,

vendrá caracterizada por que cada ojo del usuario reciba una información un

tanto 'personalizada". Concretamente necesitamos producir dos imágenes

iguales con un pequeño desplazamiento horizontal entre ellas, con lo cual se

obtiene las imágenes estereoscó picas.

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Realidad V irtual

Tipos de realidad virtual.

La Realidad Virtual puede ser: lnmersiva y no Inmersiva.

Realidad Virtual lmersiva.- Cuando el usuario que forma parte del ambiente recreado se encuentra introducido en el mismo.

Los métodos inmersivos de realidad virtual, con frecuencia se ligan a un ambiente 3D creado por computadora, en donde se trata de introducir al usuario dentro del mundo virtual, el cual se manipula a través de cascos, guantes y otros dispositivos que captan la posición y rotación de diferentes partes del cuerpo humano, estos dispositivos son de alto costo limitando de esta forma su

aplicabilidad.

La realidad virtual no inmersiva no requiere o prevé una inmersión sensorial total. En donde el usuario que forma parte de ambiente recreado observa este ambiente desde afuera, es decir forma parte externa del ambiente.

Generalmente el usuario prefiere manipular el ambiente virtual por medio del teclado y Mouse dispositivos a los cuales esta mas familiarizado.

persona la sensación de estar físicamente en otro lugar por medio de una escena creada por ordenador.

Esta tecnología vincula sensores remotos en el mundo real con los sentidos de un operador humano. Los sensores utilizados pueden hallarse instalados en un robot o en los extremos de algunas herramientas. De esta forma el usuario puede operar el equipo como si fuera parte de él.

Los sistemas de telepresencia sitúan al observador en un mundo real que es capturado por videocámaras ubicadas en lugares distantes y le permiten la manipulación remota de objetos reales mediante brazos robotizados. Es decir que el usuario interactúa en un mundo real pero que está ubicado en un sitio distinto a donde él se encuentra en ese momento.

También se está empezando a utilizar para celebrar reuniones virtuales. Diferentes contertulios equipados con sistemas de video y audio y conectados a un servidor pueden dar lugar a un escenario común interactuando con los demás

como si se encontraran en el mismo espacio físico. _CA

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1.2. MÉTODOS Y HERRAMIENTAS DE REALIDAD VIRTU

Los métodos, que se los utiliza para obtener aplicaciones de

inmersita son: la visión estereoscópica y el VRML ( Lenguaje dé Modelado de Realidad Virtual).

1.2.1. Visión Estereoscópica

Punto de Fi

Angulo d nvPren.ii

Imagen plasmada en el ojo izquierdo

F ₄

Paraje

F

Imagen plasmada en el ojo derecho Campo de visión 1800 Campo de ::T:isn

Realidad V irtual 8

campo visual, la formación de imágenes estereoscópicas y la interactividad, refuerza la impresión de inmersión del usuario, lo cual es muy importante para las simulaciones de Realidad Virtual.

"La percepción de la profundidad se asocia a la estereoscopia, en la cual ambos ojos registran simultáneamente una imagen. El cerebro se vale entonces del desplazamiento horizontal de la posición del objeto en ambas imágenes para evaluar la profundidad"'.

Figura 1. Modelo Fisiológico de la Visión Estereoscópica

El ángulo total de visión de una persona se denomina campo de visión comprende aproximadamente 1800 en horizontal y 150° en vertical, tal como se observa en la figura 1.

Cuando se mira un objeto A, los ojos se enfocan en una pequeña zona F llamada Punto de Fijación. El ángulo de convergencia, depende de la distancia entre las pupilas de los ojos o distancia intrapupilar (DIP). Según los individuos y se trata de hombre o mujeres la DIP varia de 53 a 73 mm. La DIP constituye la línea base a partir de la cual se interpretan las distancias hasta los objetos en el mundo real. A mayor DIP mayor ángulo de convergencia. Al cerrar alternativamente el ojo

derecho y luego el izquierdo, el punto de fijación parece desplazarse horizontalmente, lo cual se denomina Paralaje de la imagen. Debe ser reproducido en los sistemas de RV y en los dispositivos físicos de visión estereoscópica para ayudar al cerebro a interpretar la profundidad del mundo simulado.

Para observar una imagen estereoscópica, cada ojo debe ver solamente la imagen que le corresponde. Existen diversos sistemas entre los más importantes se tiene:

• Visión Libre paralela • Visión libre cruzada • Visión anaglífico • Polarización.

• Head Mounted Display (HMD) • Monitores Auto-Stereo

1.22. Aplicación de VRML(lenguaje de modelado de realidad virtual)

Tomando como referencia una definición de Realidad Virtual se conoce que es un espacio en tres dimensiones (3D), creado con el computador y en donde los objetos son interactivos. Es decir, no se trata de una mera representación gráfica tridimensional estática, sino más bien de un escenario, donde el usuario puede adentrarse, rodear los objetos y examinarlos, cambiar la perspectiva e incluso interactuar con otros usuarios, representados bajo la forma de avatares (personales representativos).

En experimentación de esta técnica se ha realizado un recorrido virtual sobre una parte de la ciudad de Loja, utilizando el VRML (Lenguaje de Modelamiento de Realidad Virtual), que permite obtener una imagen en relieve y representación en 3D.

Realidad V irtual 10

Es un lenguaje multiplataforma, lo que permite que nuestros diseños de mundos virtuales puedan ser visualizados utilizando diferentes tipos de ordenadores. En muchos sentidos el VRML es realmente muy parecido al HTML que es el lenguaje que se utiliza para la descripción de páginas en el World Wide Web.

El VRML requiriere tener instalado unos de estos browsers, para la visualización de los mundos virtuales.

Browsers / Plug-in de VRML

• CosmoPlayer (CosmoSoftware) • Cortona (Parallel Graphics) • Blaxxun3D (Blaxxun)

Todos los archivos de VRML97 son archivos de texto (ASCII) y por lo tanto pueden ser editados con cualquier editor de textos, o con software de desarrollo de VRML como:

• VrmlPad (Parallel Graphics) • Place Builder (Blaxxun)

Lo ideal en la simulación de un recorrido virtual sobre una zona determinada utilizando VRML; es tener ortofografías, y un Modelo Digita1deJerrero; razón por

la cual se ha procedido a simular fotos aéreas con o 4,tener ortofotos

con su respectiva textura y modelo digital y serga -en el entorno de

_J

programación de VRML. 1) <

\

La utilización de un Modelo Digital de Elevaciones

M,

simular virtualmente en entorno VRML la zona de terreno que se pretende

visualizar y dotarle del aspecto realista.

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• •

•'•

i!F

iri- •. ' •

j. ,.. .

Loja analizada mediante el software de Arc. View, se determina los puntos de altura. A continuación se representa una foto de una parte Norte de la hoya de Loja con una mafia de 16 x 16 obteniéndose 256 puntos para ser representados.

Figura. 7. Matriz de puntos y representación del rliee

Con los puntos georeferenciados encontrados en la matriz anterior, se codifica mediante VRML el nodo de ElevationGrip, creando con una matriz de:

xDimension 16

zDimension 16

xSpacing 16 zSpacing 16

Realidad V irtual 12

1.2.3. Herramientas de Software para realidad Virtual

Actualmente existen un sinnúmero de herramientas de software que permiten el desarrollo de aplicaciones de realidad virtual como se detalla en la tabla siguiente:

Comparación de Herramientas para desarrollo de Realidad Virtual

Software para Realidad Virtual. Dispone de versión de evaluación únicamente para Windows.

Entorno de edición visual.

Manejo para usuario sin necesidad de conocer

EON Studio programación.

Importa geometría de diferentes formatos. Dispone de SDK Soporta estéreo Sonido 3D posicional.

Soporta dispositivos de RV (cascos, gafas,

guantes...) _{CA P,.}

Orientado a procesos industria)

No dispone de versión de evaffición (se ha 'de solicitar).

Para Windows(NT/2000) y UlkIRIX).

Opus Studio _{Importacion de geometría bastázie imiada.}Basado en OpenGL y Java. ., \ C

Soporta estéreo No dispone de SDK.

Soporta dispositivos de RV (CAVE de 4,5 o 6 paredes, cascos, powerwalls ... ) guantes...) Es el más extendido para desarrollo en entornos i n m ersivos.

Dispone de librería con funciones específicas para

Cavelib el uso de la CAVE._{Aporta un entorno para desarrollo sin disponer}

físicamente de CAVE.

Permite utilizar entornos multiusuario con comunicación entre CAVES remotas. Open-Source perfectamente documentado mediante UML.

VRJuggler Soporta CAVE, Powerwall, etc._{Es una evolución de Cavelib.}

Descarga gratuita.

Versiones para IRIX, Linux, Windows Orientado a procesos industriales.

VD2 Múltiples plataformas.

Utilizado en grandes sistemas. Múltiples sistemas operativos.

No es software de modelado, sino de

Division Mockup presentación.

Presenta dificultades en la importación de modelos.

Soporta muy bien los periféricos. Open-Source

Ejemplos de aplicación

Stereo Photo Múltiples plataformas.

Maker Fácil interfaz gráfico.

Contiene visualizador Stereo Photo Viewer Applet

Open-Source perfectamente documentado Ejemplo de aplicación

Stereo Movie Múltiples plataformas.

Maker Buenas características de usabilidad.

Permite la creación de mundos virtuales Software gratuito.

Compuesto por: Morfit'Terrain Builer-31Dwebmaker

3DSTATE Morfit'Terrain Builer.- crea modelos de terrenos_{3Dwebmaker .- Crea mundos virtuales.}

Buenas características de usabilidad.

Contiene Visualizador de ambientes virtuales Genera paginas Web de las aplicaciones

Para ésta investigación se ha tomado en consideración las tres últimas herramientas como alternativas mas convenientes debido a que es software gratuito y es específico para lo que se desea realizar, en los subcapitulos siguientes se hace una investigación acerca de estas herramientas.

1.2.3.1 Investigación de las herramientas para imágenes y videos estéreos

Realidad V irtual 14

construidas con filtros de colores (rojo-verde, rojo-azul) para percepción de

profundidad.

Es un software libre, de fácil adquisición y aplicabilidad, utilizando fotos estéreo pares (imagen izquierda, imagen derecha), que según su concepto teórico es un par de fotos con la característica de que la segunda foto presenta un desplazamiento horizontal, con respecto a la primera. Se crea las imágenes estereoscópicas, ínter lazando o uniendo estas fotos estéreo pares las mismas que tienen que ser previamente obtenidas.

Se analiza el software de Stereo Photo Maker, viendo cada una de las opciones

del menú principal con la finalidad de indagar las utilidades de éste software.

A continuación se detalla las principales opciones a utilizar dentro de este

software.

Con fotografías estéreo pares se efectúan los siguientes procesos:

1. Se selecciona imagen izquierda

2. Se selecciona imagen derecha, como se observa en la Figura. 2.

Fe E ew teo tjeb Lie,

A í2401 3x2421 Z10I%

3. A estas imágenes las ínter lazamos utilizando la opción Stereo y luego de seleccionar lnterlaced, con lo que se obtiene como resultado una imagen que

esta sujeta a modificaciones con respecto al desplazamiento entre ambas fotos de ingreso, hasta lograr obtener una imagen estéreo de buena calidad, teniendo dentro de este software varias formas de visualización como se observa en la Fig. 3.

• Gray Anaglyph • Red/cyan • Red/green • Red/blue

• Yellow/blue.

Figura. 3. Visualización de la imagen estéreo.

Realidad V irtual

16

Con la utilización de gafas anaglíficas se realizan pruebas de captación de imágenes en 3 dimensiones observando profundidad en éstas imágenes.

La imagen estéreo, puede ser modificada, al seleccionar Easy Adjustment de la opción Adjust del menú, como se muestra en la Fig. 4. Se desplaza la imagen

izquierda (rojo) unos centímetros a la izquierda hasta tener un contraste adecuado de percepción de profundidad entre ambas imágenes. .

.."'.

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-9e Ecl Vpew Steo AJSt tkb H%

Easy Austmert (Mo&iced Mo)...

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Ahgr.nent() Op A,iow

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Ahnnnen(RTcÍ) o o

Inj Size aftec Ahn 1 100 o 4001 Position Ahrnertx=U y=Oj Display Irnaqe SzeI222 :o 296 Zo

Figura 4. Modificación de la imagen estéreo.

STEREO MOVIE MAKER.- El Stereo Movie Maker es una herramienta de software, permite la creación y manipulación de videos estereoscópicos, con la finalidad de visualizar un video tridimensional, siendo éste uno de los objetivos de estudio.

Su ambiente de trabajo tiene similitud con el software de Stereo Photo Maker, Lo primero que se debe tener en consideración es la obtención de videos estéreo pares.

En la Figura. 5. se muestra la recuperación de los videos, para su composición.

El Stereo Movie Maker permite a demás grabar el video estéreo en formato .avi como se indica en la fig. 6

ew Stereo Play 3(Page-F) Frene Adju Help

Open Stereo Movie.. W

Open Left/P4it Moves... - O

Save Left/Rit F''ies...

C:\Documerts and Settiigs\XiNA MACAS\Escrtono\respaldos\videos tesis edsideos kija\uno.asi/irio.avi -Delaten -recert-used Hes

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Realidad V irtual 18

1.2.3.2. Herramientas de software para la creación de mundos virtuales

3D Webmaker - Wordbuiler 2.0 y Morfit's.- Es una aplicación que ha sido

investigada, la misma que permite la creación de mundos virtuales, aplicando sus diversas herramientas de modelado del entorno virtual como se indica en la Fig. 8, en base un modelado de terreno que debe ya estar creado, para aplicarlo en la construcción del mundo virtual, como es el caso de recorrido virtual sobre parte

de la ciudad de Loja.

El modelo de terreno se lo crea a partir de archivos de imagen .bmp o .jpg en escala de gris, los que se los obtiene de la topografía digital del terreno; mediante el programa Morfit's Terrain Builder como se muestra en la Fig. 9. Este software crea el modelo de terreno luego es grabado con extensión .wld (mundos virtuales) y ser utilizado en el Webmaker - Wordbuiler 2.0.

Los procesos para la creación de un modelo de terreno son

1.- En Source Bitmap se selecciona la foto área con extensión •jg .jbrn -'

2. Se escoge el método de coloración del terreno o la textura va sob el

modelo, siendo un archivo de imagen.

3. Creación del modelo.- Dentro de este botón de comando se encuentra las siguientes opciones:

. El nivel de optimización

. Numero máximo de polígonos que tendrá el terreno . Dimensión del terrero ancho-altura y profundidad

En 3D Webmaker - Wordbuiler 2.0 se abre el modelo de terreno y se le adiciona modelos o estructuras según sea el caso para dale una simulación virtual, cada objeto creado forma un mundo y la colección de estos mundos se los conoce como mundos virtuales.

Esta herramienta de de software facilita crear una pagina Web a partir del mundo creado, en donde la navegación del mundo es mas ampliada y con una mejor visualización. Para una optimización en la navegación del recorrido virtual se requiere una tarjeta grafica o un simulador de tarjeta gráfica.

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Figura. 8 Herramienta para crear mundos virtuales. Ca Load. ₉

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Szce bmap B,owse... 'brnap Pnmhod Lend. Deae tWart.. Figura. 9 Herramienta para crear modelos de Terreno.

-Realidad Virtual 20

2. DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA

En base a los métodos y herramientas, analizadas de la realidad virtual se ha escogido algunas de éstas para la construcción de una metodología de realidad virtual no inmersiva, la misma que es utilizada en la obtención de imágenes y videos este reoscópicos así como también en la aplicación del vuelo virtual sobre modelos de terrenos de la provincia de Loja.

Comprende lo siguiente:

METODOLOGIA DESARROLLADA PARA REALIDAD VIRTUAL NO INMERSIVA

INICIO

(\7:v

#

(.1 Imágenes

Estereoscópicas

Videos _B

Estereoscopicos

Realización de

sobrevuelos virtuales C

Realidad V irtual 22

2.1. METODOLOGÍA PARA IMÁGENES ESTEREOSCÓPICAS

Los procesos que deben ser tomados en cuenta en la creación de estas imágenes se detallan a continuación:

• Obtener fotos estéreo pares.- Las fotos estéreo pares son tomadas a una misma imagen; con la característica principal de que la segunda tiene un desplazamiento horizontal de 6 a 7 cm. con respecto a la primera foto. • Utilización de la herramienta StereoPhoto Maker,

• Ingreso de las fotos (izquierda y derecha) • Interlazar (Interlaced) los fotos.

• Modificación de la posición de la imagen con el desplazamiento respectivo.

• Pruebas de visualización anaglífica • Obtención de imagen estéreo

• Visualización mediante gafas anaglíficas

Para poder explicar la aplicación de la metodología propuesta en la obtención una imagen estéreo se realiza tomando un ejemplo especifico, Como primer paso se obtienen las fotos estéreo pares como se muestra en el ejemplo:

1;f

.9

1

.. ,ç_..

ç Este par de fotos se las utiliza como entrada en el software StereoPhoto Maker como se indica en la figura 10.; Cabe señalar que en la investigación de ésta herramienta se detallan los pasos principales a seguir para el mencionado proceso.

Figura 10. Fotos estéreo pares

Realidad V irtual 24

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Figura 11. Modificación de la imagen

Esta imagen anaglifica esta sujeta a pruebas de visualización anaglífica, utilizando para este proceso gafas anaglíficas como el medio más accesible para este tipo de pruebas; con el objeto de captar la percepción de profundidad en la imagen, cabe indicar que esta percepción de profundidad es subjetiva al usuario puesto que a demás es como el usuario acopla o acostumbra su cerebro a este tipo de visión estereoscopia.

Figura 12. Imagen estereoscópica

La imagen estéreo creada se puede visualizar utilizando cualquier medio para este efecto así tenemos el método color Anaglyph (color4iiyan como se observa en la imagen anterior. Esta imagen es observÁ0 meckante

gafas anaglíficas. ₁

o,

Como resultado de la aplicación de esta secuencia de pasos para obtener una imagen estéreo; a criterio subjetivo me permito sugerir que se debe utilizar fotografías con una buena resolución grafica y el éxito esta en tomar bien el par de fotos considerando el desplazamiento de primera con respecto a la segunda debido a la distancia que existe entre nuestros ojos; las mismas que serán unidas para formar una imagen estéreo.

Realidad V irtual 26

A continuación se sintetiza estos procesos con un flujograma

A

Obtención de fotos Estéreo pares

Utilizacion del software Stereo Photo

/ Fotos NO / estereos en

\\ condicion \ optima

SI

2.2. METODOLOGÍA PARA VIDEOS ESTEREOSCOPICOS

Obtener videos estéreo pares

Utilización de la herramienta Stereo Movie Maker.- En donde se tiene como entrada el par de videos, y luego se realiza la composición o interlace de estos videos.

• Modificación de la posición del par de videos, tomando en cuenta su desplazamiento respectivo.

• Pruebas de visualización anaglífica • Obtención del video estéreo

• Visualización mediante gafas anaglíficas

Para obtener videos estéreo pares se realiza de dos maneras: Una de las formas de crear estos videos es mediante la determinación de un ángulo de disparidad o la otra manera es interactuar directamente con el software Stereo Movie Maker con videos previamente obtenidos.

Como prueba estimada de la aplicabilidad del ángulo de disparidad se creo videos de un recorrido, por el río Catamayo, teniendo el moets digital de la zona

A

y a través de programa de ERDAS IMAGE, se efectúa corrido dprminando los puntos de coordenadas del mismo, como se indkn lafigura 13. y en el modulo VirtualGiS, con la opción CREATE MOVIE se'a los videqrigen. Se realiza luego la modificación del par de videos en un fo'nat6 estándar, mediante

el programa Final Cut Pro HD que permite convertir videos --— extensión .avi,

siendo esta extensión reconocida por Stereo Movie Maker.

2

Fíe Eck Flçt

u44

Poflhl X Y

10 12 13 14 15 16

AOL AGL 2fl 1.d Phlch FIN Rol 5ed

Realidad V irtual

28

ji

( 1

2 3 4 5 6 1 9 10 11 12 13 14

1 1 1 1 1 1 1 1 1

Figura. 13. Puntos de coordenadas para la creación de videos.

Utilización de la herramienta Stereo Movie Maker.- Cuando se tiene los videos estéreo pares, se ingresan en este software (video Left-video Right)

j

.w.

A continuación se les realiza la unión o composición de este par de videos mediante la opción Stereo del menú principal, con sus diversas formas de

visualización.

File View Play 3D(Page-Flip) Frame Adist Help

Adjustment VIew F ?

_JJ

Inerlaced F4

red/cyan

Color AnagIyph Fi red$green

Side-by-side F9 red/blue

Above/Below F1O

yelfblue 1

Chrcny

Sefting,.. 1

Figura 15.15. Métodos de visualización

H. Posiliser -9 1_{_} _!i

R ealidad V irtual 30

lrdcat,on/l3iide L,e r BOIh ImAp,ph]

Left Irrng(RdJJ R4 Iroge(C) FI.00l*j2O--i o 10 roo. Gid L

--_AUoA*,ol At4o-or lo uom-defined

eotic/h0000nt QLidOl les

flotoSon

LeO(íRed) 0.4 Degee

4

L J

Rik(Cyan 0.3 Deee

Imeqo Sze Lelt(Red) 1

J e R5(Cyon 100

LJ

Agnrnenk Velue

RooVee SV4keJ

01K _{1 J}

A

Figura 16. Modificación de la posición de los videc

Las pruebas de visualización se las realiza dentro del

mismocNare

En base a las pruebas realizadas en la obtención de estos videos; se determina que con los videos creados de la cuenca del río catamayo mediante el programa ERDAS IMAGE, no se logro un video estéreo de buena calidad, puesto que al convertir el video origen que arrojaba el programa ERDAS IMAGE al formato .avi reconocible por el Stereo Movie Maker se perdía la resolución de la imagen en forma considerable, y al visualizarlo como video estéreo no se tenia percepción de profundidad siendo este el objetivo principal.

A continuación se sintetiza estos procesos con un flujograma:

Obtención de videos Estéreo pares

Utilizacion del software Stereo Movie

NO

7

<_{N optima}condicion

SI

Realidad V irtual 32

2.3. METODOLOGÍA PARA CREACIÓN DE UN SOBREVUELO

• Obtener un archivo .bmp o .jpg en escala de gris de la topografía digital del terreno que se va ha obtener el modelo. Además se debe obtener un archivo imagen que coincida con el archivo a escala de gris de la topografía, como se observa en la Fig. 17.

Utilización del software Morfi't Terrain Builer.- Este software toma el archivo de escala de gris, como plantilla para construir los niveles del terreno con las respectivas alturas de a cuerdo a su topografía. Lo particular de la plantilla utilizada es que el software reconoce al color negro como bajo y al blanco como altura, y con el contraste -d-e-la escala de grises, se forman las elevaciones del terreno. Una el modelo de terreno se sobrepone la imagen que va comotxtura;'Ta misrf que debe se debe acoplar al modelo de terreno, luegd(Lo graba ci

un mundo virtual (wld) ' A

.-:'-Realizar del recorrido virtual.- Con la obtención de mundo virtual creado con Morfit't de acuerdo al paso anterior, se realiza un el recorrido virtual, mediante 3D Webmaker - Wordbuiler 2.0 adhiriendo modelos al mundo, para lograr una realidad virtual no inmersiva.

Pruebas del mundo virtual, estas pruebas son realizadas en base a las modificaciones que se deben al mundo virtual, desde el visualizador del software 3DWebmaker hasta obtener un ambiente en 3D adecuado.

2 \ Ç

cm

Con las pruebas efectuadas en la realización de un sobrevuelo sobre la topografía de la provincia de Loja, aplicando la metodología propuesta se ha

obtenido los resultados.

Que para la creación de modelos de terrenos se debe contar con imágenes a escala de gris, como se ilustra en la Fig. 17. en donde el software reconoce al color negro como bajo y al blanco como altura, utilizando esta escala de gris se obtiene un relieve de terreno adecuado.

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_F"M

-Figura 17. Archivo a escala de gris y archivo de imagen de la topografía de Loja

Una vez creado el modelo de terreno, y grabado con formato de mundo virtual

(wrl) se lo exporta al programa 3DWebmak el cual nos permite el diseno del mundo virtual, incorporando objetos o modelos a la aplicación, su ambiente de trabajo es tipo grafico con características de fácil usabilidad.

Como primer paso se abre el mundo creado con el programa de Morft's, y se añade modelos si es el caso, estos modelos u objetos se encuentran en la

galería de objetos

Realidad V irtual

34

Fe Ec ew ObWt Cna L ~Ion OptIors WIdow piwdase He - X

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- 4 E

• _J uIIdIn

j D,hes _J Effets + J Eq+pment + J F+rrÁ!e * _J L+rnp

1 C'thr

Q.

-PoyiC++: 1542

Figura 18. Ambiente de trabajo de 3Dwebmaker

Luego cuando esta creado el mundo virtual, se le realiza prueba respectivas para su visualización, utilizando para este proceso el visor MViewer incorporado dentro de este software. Como se indica el ejemplo:

Después de las pruebas efectuadas al mundo virtual, y se obtenga un recorrido a satisfacción del usuario, se procede a visualizar el recorrido exportando a una

página web, esta opción Make a 3D web site se encuentra en el menú File

siendo esta una de las características del software, la página html: nombre_index es la página principal de acceso.

Se indica además que este software contiene controles Active X que genera el código correspondiente, el mismo que puede ser modificado acoplándose a las necesidades del usuario, este código se encuentra en la pagina html nombre_home. Como resultado del recorrido virtual sobre la provincia de Loja se obtuvo la representación del relieve en forma general, como indica la figura siguiente.

NO Utilización de MorWs

para crear modelo de terreno

Si cumple las especificacion

es Obtener la topografía de

la zona a modelar

Convertir a un archivo .bmp con escala de grises y archivo imagen

Utilizacion de3DSTATE para crear mundos

virtuales

Pruebas del mundo Virtual

P4.

.

r--SI lrnportaauip

.'WeQ-h.C)

Realidad V irtual 36

A

'. c

INICIO Imágenes Estereoscópicas r Videos Estereoscopicos y Realización de

Jsobrevuelos virtualesj

y

A y Obtención de fotos

Estéreo pares

Utilizacion del software

NO Fotos estereos_{en condicion} optima

SI Visualización de Imágenes

esteréos

La integración de los procesos para realidad virtual no inmersiva, se demuestra a través de grafico que ha continuación se presenta:

METODOLOGÍA DESARROLLADA PARA REALIDAD VIRTUAL NO INMERSIVA

NO Si cumple las especificacio nes 1 B y Obtención de videos

Estéreo pares

y Utilizacion del software

Stereo Moe Videos en condicion optima si Visuatización Videos esteréos (c) Obtener la topografía de la zona a modelar

archivo .bmp a escala de grises y

archivo imagen

--Utilización de Morfts para crear modelo de terreno

y Utilizacion de 3DSTATE para crear mundos virtuales I

uebas del mundo Virtual

SI Importar a una pagina Web

Realidad V irtual

38

3. EXPERIENCIAS EN EL DESARROLLO DE LA METODOLOGIA

Como experiencias dentro de este proyecto investigativo se obtuvieron las siguientes:

• El proceso mas sencillo de tomar fotos estereopares es contar con una cámara estándar y desplazarla horizontalmente unos centímetros a la derecha (6-7 cm.) entre toma y toma, esto se debe a la separación intrapulilar (DIP) existente en el ser humano; con el cuidado de no cambiar la altura, con lo cual se obtiene nuevas imágenes, siempre que el modelo no se mueva entre ambas fotos, puede usarse para esto una regleta deslizante o un trípode.

• El software Stereo Photo Maker contiene un visualizador, el mismo que puede ser utilizado dentro de Internet, como es el StereoPhoto Viewer Applet, el cual se lo obtuvo descargándolo desde la dirección web:

Http:Ilstereo.

Para su funcionamiento requiere la previa instalación de Java2 Runtime. En cualquier navegador de Internet se observar las respectivas imágenes estereoscópicas.

Este visualizador utiliza un archivo de texto: filelste en el cual se encuentra la lista de archivos .jpg; los mismos que contienen las fotos estereopares como se muestra en la fig. 9.

Arctiva Eckfn Fermao Ver Avda

avE1.jp, aves, C?1T'Ent uf avel

-canipuol.jpg, Vanoroinica-Utpl,CoTTnent of campusi campus.pg,campus,cceinert of campus

jipiro.Jpg,jipiro,Coiioent of jipiru cru2.jp,cruz-utpl,CcIomEflt of cruz i1i.jpg,ulccnhlent of Ui

u12.jpg,u12,Ccowiierit of u12 utp1.jg,utpl,CcITlnt of utpl utpll.jpq,utpll,Ccrment of utpll vereda, jpg,fordo,Ccmment of vereda

TT 'É

Utilizando varios métodos de visualización como por ejemplo Color

anaglyph, esto se aplica a un conjunto de imágenes estereoscópicas. Se

visualiza como se indica en la Fig. 10

SIereoPhotaViewr AppIet Mrooft Internet íporr

-L9

LLL1

_{-.•---. ..._}

IIIII!, JIjll!JJL,L.L.J

Figura 10. Visualización de imágenes estéreo

. Para el desarrollo de la metodología propuesta dentro de la obtención de los videos esteréos; fue necesario determinar el ángulo de disparidad entre estos videos, previo al siguiente análisis:

Realidad V irtual 40

en

^p

6 = Disparidad Binocular

Distancia de PP' es Dip (Distancia intraocular) = 65 mm. d = 300 mm (distancia al objeto F)

Ad = 100 mm (distancia al objeto O)

Por lo que se tiene: 6 = a - /3

Tana = 65

300

Tan a = 0.21666

a= 12113'30"

Tan/3= 65

300+100

Tan /3=0.1625

/3 = 90 _13'

6= 12°13'30"-9°13'3°

6

El valor del ángulo de disparidad es un valor estimado que esta sujeto a las respectivas pruebas en la creación de videos.

4. CONCLUSIONES

Con respecto a la metodología se consideran las siguientes conclusiones:

La metodología propuesta requiere el aprendizaje de los métodos o técnicas de realidad virtual como son: estereoscopia y ambiente no inmersivo.

Que estos métodos o técnicas cumplen con el carácter no inmersivo, donde el usuario observa el mundo recreado desde afuera, y no requiere una interacción con otros elementos de software como de hardware.

Se cumple con todas las pruebas necesarias, a través de las cuales la metodología ha sido comprobada, puesto que las mismas han hecho sentir al usuario dentro de un ambiente de realidad virtual no inmersiva.

De acuerdo a la anterior; las herramientas usadas, funcionan para este ambiente de forma correcta y además no sobrecargan los equipos.

En relación al desarrollo de la investigación se tiene las siguientes:

Se conoce la formación de las imágenes en 3D. Para que el cerebro pueda percibir una imagen en tercera dimensión, requiere de datos sobre la distancia de los objetos, esta información se obtiene gracias a la visión binocular, en donde cada uno de los ojos percibe los objetos desde un ángulo distinto, dando como resultado una triangulación que el cerebro humano interpreta y así se obtiene la distancia al objeto.

Realidad V irtual 42

Las imágenes estereoscópicas creadas mediante la metodología desarrollada en este proyecto, cumplen con las expectativas requeridas de la percepción de profundidad, lo cual puede ser aplicable dentro de Sistemas de Información Geográfica, en el análisis de fotointerpretación

En la creación de videos estéreos se debe tomar en cuenta que el video tenga la mayor resolución posible para lograr un video estéreo de mejor calidad. Así como también la velocidad de presentación del video. Porque en videos demasiados rápidos es imposible obtener la estereoscopia.

El video estereoscópico debe ser visualizado mediante gafas anaglíficas (rojo/verde- rojo/azul) y así tener una mejor percepción de profundidad

Para programar un recorrido virtual, en un entorno VRML se requiere tener ortofotografias para la textura y de un modelo digital del terreno para construir una malla de puntos en la cual poder representar las cotas correspondientes para formar el espacio tridimensional del terreno.

Como conclusión dentro de esta tecnología es que si se cuenta con el mayor numero de ortofografías, y el correspondiente modelo digital se logra un relieve o imágenes en 3D mas perceptivo, pero una desventaja dentro de esto es la gran cantidad de información en lo que se refiere a las coordenadas de cada punto así como también las alturas establecidas, que se manejan en código VRLM.

Realidad V irtual 44

5. RECOMENDACIONES

Una investigación adecuada y profunda de cada uno de los métodos y herramientas.

Se identifique correctamente la aplicación sobre la cual se va aprobar la metodología.

> Cada uno de los paso de la metodología debe contener las pruebas necesarias en relación a lo estipulado en este caso la correcta visualización de un ambiente en 3D y un ambiente estereoscópico

Generalmente se realizaran las pruebas necesaria antes de proponer la compra de un software especializado de realidad virtual, debido a que estos tienen un alto precio en el mercado

> Se recomienda el aprendizaje de Java Script, ya que este lenguaje de programación es utilizado en la elaboración de páginas Web de visualización.

Para que la realidad virtual cumpla con el propósito inmersivo, en el caso del sonido se recomienda trabajar con sonido estéreo o cine en casa.

La realidad virtual necesita una excelente resolución grafica por lo que se recomienda el uso de una tarjeta grafica adecuada y con la suficiente memoria con el fin de procesar el ambiente creado.

> La aplicación de la metodología se dará en fotos a colores así como también con videos con una buena resolución.

> Que dentro de la Escuela de Ciencias de la Computación, se

proporciones temas de carácter investigativo como es el caso de la

Realidad Virtual Inmersiva dentro de SIG para el desarrollo de tesis.

Se implemente una sala de Realidad Virtual con las herramientas

necesarias para la demostración de las aplicaciones dentro de esta

área.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

BIBLIOGRAFIA

GRIOGORE Burdea, e PHILIPPE, Coiffet:

1996,

. Del Pino González, L.M.: 1995, "Realidad Virtual". Ed. Paraninfo.

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. Philippe Queau: 1995, "Lo Virtual", Ediciones Paidos Barcelona

Oscar Peña de San Antonio: 1999, "Multimedia Edición 2000", Edición

Anaya Multimedia S.A.

DIRECCIONES WEB

http://usuarios.arsystel.coflh/luiSmarclueS/ Técnicas Estereoscópicas

http://www. ucm .es/info/multidoc/multidoc/revista/flum8/hilera-OtOfl . html Realidad Virtual

http://recursos.gabrielortiz.com/art.asp?lnfo=058a Representación en 3D http://stereo.ipn.org/enq/StPhmkr/ Stereo Photo Maker

http://stereo. opn.orql%ava/spva/stereowe.htm StereoPhotoViewer Applet http://stereo.ipn.org/enq/stvmkr/ Stereo Move Maker

http://www.3dstate.com/ Software de creación de Mundos Virtuales